Ein datenbasiertes Modell zur Beschreibung von Abflussbildung und Grundwasserneubildung im mediterranen Klimaraum
Problemstellung
Bestehende physikalisch-basierte Ansätze zur Simulation der Bodenwasserbilanz (z.B. HYDRUS) bilden präferentiellen Fluss nur ungenügend ab und müssen mit aufwändigen Verfahren kalibriert werden. Dies ist besonders bei tonreichen Böden in Trockenregionen problematisch. Im Gegensatz dazu bieten sich konzeptionelle, datenbasierte Ansätze an. So wurde ein einfaches Spreadsheetmodell in Tagesauflösung erfolgreich angewendet, um die Grundwasserneubildung in der WestBank abzuschätzen (Messerschmid et al., 2020). Im Rahmen einer Doktorarbeit (Astrid Steinmann, 2010) wurden hochaufgelöste Bodenfeuchtedaten an zwei Hängen in Israel gemessen, die bislang nur halbquantitativ ausgewertet wurden. An einem südexponierten Hang mit geringer Bodenmächtigkeit und an einem nordexponierten Hang mit dichterer Vegetationsbedeckung. Zum Einsatz kamen FDR-Thetasonden vom Typ ML02. Zusätzlich sind Daten zum Hangabfluss (7700m²) und von einer Station am Gebietsauslaß vorhanden (1.6 km²) vorhanden. In einem Vorversuch wurde von Studierenden das bestehende Spreadsheetmodell in Tagesauflösung an die Bodenfeuchtedaten des südexponierten Hanges angepasst. Es zeigte sich, dass das Modell die hohe zeitliche Dynamik der Messdaten nicht abbilden konnte.
Ziel der Arbeit
Die vorliegende Arbeit soll ein konzeptionelles datenbasiertes Modell entwickeln, das die zeitliche Dynamik der aufgenommenen Messdaten wiedergeben kann und so die Bodenwasserbilanz und Abflussbildung im mediterranen Klimaraum realitätsnah abbilden kann.
Methode
Die Arbeit verwendet vorhandene Daten aus einem Testgebiet in Israel. Ein bestehendes einfaches Spreadsheetmodell zur Bodenwasserbilanz soll hierbei schrittweise modifiziert werden um eine bessere Anpassung an die Messdaten zu erreichen (z.B. die Zeitskalen der Austrocknung der Böden in Abhängigkeit von Verdunstung und Perkolation/Abfluss). Ein besonderer Fokus liegt dabei auf Unterschieden zwischen den beiden Hängen. In einem zweiten Schritt soll aus den punktuellen Bodenwasserbilanzen die Reaktion der Gesamthänge abgeleitet und mit den Messdaten zu Hangabfluss und Abfluss am Gebietsauslass verglichen werden.
Betreuung
Sebastian Gnann + Jens Lange
Literatur
C Messerschmid, M Sauter, J Lange (2020): Field-based estimation and modelling of distributed groundwater recharge in a Mediterranean karst catchment, Wadi Natuf, West Bank. Hydrology and Earth System Sciences 24, 887–917
A. Steinmann (2010): Runoff Generation in Mediterranean areas. Doktorarbeit, Universität Freiburg.
Kontakt
Sebastian Gnann + Jens Lange